风电机组仿真塔架阻尼比的选取研究

蔡继峰，王丹丹，符鹏程，黄宇同

（北京鉴衡认证中心，北京 100013）

风电机组仿真塔架阻尼比的选取研究

蔡继峰，王丹丹，符鹏程，黄宇同

（北京鉴衡认证中心，北京 100013）

本文利用目前主流风电机组塔架的实测数据，基于振幅衰减速率计算阻尼比，给出了几个主流机型的实测阻尼比的值0.001—0.003，并依此认为目前风电机组仿真设计时选取的0.005的阻尼比偏大，可能存在安全隐患。

阻尼比；振幅衰减速率；仿真计算

0 引言

风电机组的设计多利用仿真计算软件来进行数值模拟计算[1-2]，这就涉及到对仿真参数的选取，而塔架阻尼比的选取，直接影响到塔架振动的稳定性和载荷的大小。目前在仿真中塔架阻尼比，参考高层建筑的建筑规范，钢材的阻尼比一般为0.01到0.02之间，由于选取阻尼比越小，计算得到的载荷会越大，而作为保守设计原则，通常会选取0.005[3]。而这个选取是否足够保守，本文就通过对目前主流风电机组塔架的实测数据的分析，给出了几个机型的实测阻尼比的值。

1 计算方法

由振动理论[4]可得，阻尼比和自由阻尼振动时的振幅衰减有如下关系:

其中：ζ为阻尼比，Ai为第i个周期的振幅。

因此，塔架阻尼比可以通过塔架振动幅度的衰减速率来进行计算，当ζ远小于1时，（1）式可以简化为：

2 实测数据分析

本文利用风电机组的载荷测试实测数据，用式（2）计算了4个机型的塔架阻尼比。

2.1 1号机型：风轮直径90m，轮毂中心高度85m

如图1所示，选取30个周期，其塔架振幅由0.2421降为0.1984，可得该塔架的阻尼比为：

2.2 2号机型：风轮直径92m，轮毂中心高度87m

如图2所示，选取75个周期，塔架振幅由0.46降为0.27，可得该塔架的阻尼比为：

图1 1号机型塔架振幅信号时序图

图2 2号机型塔架振幅信号时序图

图3 3号机型塔架振幅信号时序图

图4 4号机型塔架振幅信号时序图

2.3 3号机型：风轮直径96m， 轮毂中心高度88m

如图3所示，选取24个周期，塔架振幅从0.066降为0.048，可得该塔架的阻尼比为：

2.4 4号机型：风轮直径113m，轮毂中心高度90m

如图4所示，选取25个周期，塔架振幅从0.056降为0.042，可得该塔架的阻尼比为：

3 总结

从上述的实测结果来看，实测的风电机组的塔架阻尼比在0.001－0.003之间，明显小于高层建筑中钢材的阻尼比，也要小于通常选取的0.005。这可能与风电机组塔架结构特点有关，通常的高层建筑都有纵横交错的蜂窝状结构，这种复杂的蜂窝状结构会在很大程度上吸收建筑振动时的能量，从而使振动迅速衰减，而风电机组的塔架却只是一个单独的桶状结构。因此，使得这两种结构的阻尼比相差了一个量级[5]。

按经验的认识，阻尼比越大，越会阻碍振动，会使载荷的结果变小。因此，从这一点上出发，目前仿真时选取0.005的塔架阻尼比会使机组的设计可靠性降低，从而对机组的安全性带来影响，建议在以后的风电机组的仿真计算时降低选取的阻尼比的值，以保证机组的安全性。

[1] 王丹丹 ,等 . 利用 LMS SWT 软件进行风电机组载荷计算 [J]. 风能 , 2012(12):88-93.

[2] 顾岳飞. 基于有限元分析的风电机组塔架结构正交试验设计[J]. 风能, 2012(7):78-83.

[3] Bossanyi E A.GH Bladed: Theory Manual[M].2006.

[4] 倪振华 . 振动力学 [M]. 西安 :西安交通大学出版社 , 1986.

[5] 顾岳飞. 基于有限元分析的风电机组塔架结构正交试验设计[J].风能, 2012(7):78-80.

Analysis of Selection for Tower Damping Ratio in Simulations of Wind Turbine

Cai Jifeng, Wang Dandan, Fu Pengcheng, Huang Yutong
(China General Certi fi cation Center, Beijing 100013, China)

This paper used fi eld data of wind turbine towers to give the values of the damping ratio of some widely used wind turbines. Te measured damping ratio is between 0.001 and 0.003 which is computed according to the decay rate of vibration amplitude, and therefore the damping ratio of 0.005, which is commonly selected for today's simulation design of wind turbine, is too high, and this selection will lead to potential safety hazard.

damping ratio; amplitude decay rate; simulating computation

TM614

A

1674-9219(2013)11-0118-02

2013-10-02。

蔡继峰（1983-），男，硕士， 主要从事载荷评估和载荷测试数据分析工作。